DE2818003A1

DE2818003A1 - Heiz- oder kuehl-geraet

Info

Publication number: DE2818003A1
Application number: DE19782818003
Authority: DE
Inventors: Roger Bernard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-04-25
Publication date: 1979-03-01
Also published as: JPS5430644A; BE866447A; SE7805410L; DD138096A5; NL7805093A; ES469319A1; FR2400172A2; AU3606678A; DK206078A; GB1569550A; IT1104054B; IT7840070A0; ZA781788B

Description

PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-8500 NORNBERG ESSENWEINSTRASSE 4-6 TELEFON 09 Π/20 37 27 TELEX Oi/23135

- s-

Nürnberg, 24. 04. 1978 120/62

Roger Bernard, Rue des Treytins - Lotissement Beverley

"Heiz- oder Kühl-Gerät"

Die Erfindung bezieht sich auf die Klimatisierung von abgeschlossenen Räumen und ist insbesondere dort zweckmäßig einsetzbar, wo Sonnenenergie, Erdwärme oder Abwärme aus industriellen Prozessen oder aus Kraftwerkbetrieb verfügbar ist.

Heiz- oder Kühl-Geräte mit Rankine-Kreisprozeß sind be- -|q kannt. Dabei wird ein fluides Kältemittel, bei dem es sich im allgemeinen um einen Fluorkohlenwasserstoff wie solche, die unter der Handelsbezeichnung "FREON" bekannt sind, handelt, nacheinander einer Kompression, einer Kondensation, einer Entspannung und einer Verdampfung unterworfen.

Es sind zahlreiche Einrichtungen zur Wärmeübermittlung bekannt, die den Rankine-Kreisprozeß benutzen, um Kälte (Kühlanlagen) oder um Wärme (Wärmepumpen) zu erzeugen.

In Hinblick auf Kühlanlagen ist folgende Klassifizierung der Geräte möglich:

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- Bei einem ersten Gerätetyp wird das fluide Kältemittel mittels eines Kompressors unter Druck gesetzt, der im allgemeinen durch einen Elektromotor angetrieben wird; diese Lösung bedingt einen erhöhten Verbrauch elektrischer Energie;

- bei Geräten mit sogenannter thermischer Kompression wird das fluide Kältemittel durch Erwärmen in einem Ballon komprimiert; diese Lösung weist den Vorteil auf, Wärmequellen mäßiger Temperatur verwenden zu können, die beispielsweise durch Industrieabwärme oder durch Anzapfen tiefer Gewässer gebildet sein können; andererseits arbeiten die bekannten Geräte dieser Art diskontinuierlich, so daß die Kälteerzeugung erst mit Ablauf einer Druckerzeugungsperiode für das fluide Kältemittel einsetzen,kann; im übrigen sind diese bekannten Geräte sehr schwierig anwendbar, da die Temperatur der Wärmequelle variabel ist;

- schließlich gibt es Absorptionsgeräte, bei denen ein Hilfs-Strömungsmedium zugeführt wird, das das fluide Kältemittel bei niedriger Temperatur absorbiert und es bei höherer Temperatur wieder freigibt; diese Geräte sind jedoch kompliziert, und sie benötigen eine Wärmequelle, deren Temperatur wenig schwankt; damit die Arbeitsweise angenähert kontinuierlich ist, ist es notwendig, diese Geräte mit einer Pumpe auszustatten, die unter großem Differenzdruck arbeitet, oder mit einem unter Druck stehenden Hilfsgas-Vorratsbehälter .

Um der unregelmäßigen Arbeitsweise der Geräte des letztbeschriebenen Types abzuhelfen, ohne zugleich in erhöhtem Maße elektrische Energie verbrauchen zu müssen, wurde schon vorgeschlagen, sie mit zwei Siedekessel-Absorbern auszustatten, deren Funktionszyklen gegeneinander versetzt sind.

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Dafür muß ein Umschaltsystem vorgesehen sein, das mit einem Temperaturfühler ausgestattet ist, der die Funktionen der Siedekessel-Absorber permutiert, wenn die Temperatur in demjenigen Siedekessel-Absorber, der gerade aufgeheizt wird, einen vorbestimmten Wert erreicht. Die korrekte Funktion eines solchen Gerätes erfordert die Bereitstellung einer Wärmequelle für die Siedekessel-Absorber, die angenähert konstante Temperatur liefert. Die einzige bisher vorgesehene Anwendung dieses Gerätes liegt in der Klimatisierung von Kraftfahrzeugen, wobei die Wärmequelle durch das Motor-Kühlwasser realisiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät eingangs genannter Art zum Erzeugen von Wärme oder von Kälte zu schaffen, bei dem die Kompression des fluiden Kältemittels thermisch erfolgt, das keinen Kompressor und keine Pumpe benötigt, die mit hohem Differenzdruck arbeiten, und das mit einer Wärmequelle funktionsfähig ist, deren Temperatur in weiten Grenzen schwankt.

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, besteht also darin, Heiz- oder Kühl-Geräte mit Rankine-Kreisprozeß nun auch mit solchen Wärmequellen betreiben zu können, die bisher aufgrund zeitlich nicht konstanter Temperaturcharakteristik zu keiner wirtschaftlichen Verwertung herangezogen werden konnten. Die beschriebenen Mängel der bekannten Geräte gattungsgemäßer Art werden dadurch"überwunden, daß nach der Erfindung der Rankine-Kreisprozeß so realisiert wird, daß darin keine wesentlichen Druckschwankungen mehr vorkommen.

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Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind darin zu sehen, daß ein Heiz- oder Kühl-Gerät mit Rankine-Kreisprozeß einen Hauptströmungskreis für ein fluides Kältemittel aufweist, in dem in Strömungsrichtung nacheinander ein mit einer Wärmequelle zusammenwirkender Wärmetauscher als Kompressor für das fluide Kältemittel, ein Wärmetauscher als Kondensator für das fluide Kältemittel, ein Druckreduzierventil, ein Wärmetauscher, der bevorzugt mit einem zu kühlenden Luftstrom zusammenwirkt, als Verdampfer und eine Rückführ-Pumpe zum Speisen des Kompressors mit dem fluiden Kältemittel liegt, wobei der Kompressor aus wenigstens zwei Wärmetauschern für Wärmetausch zwischen dem fluiden Kältemittel und der Wärmequelle gebildet ist und Umschalteinrichtungen vorgesehen

1'5 sind, um den Kondensator abwechselnd aus den beiden Wärmetauschern zu speisen und gleichzeitig von der Pumpe denjenigen der Wärmetauscher zu speisen, der gerade nicht den Kondensator speist, mit einer der abwechselnden Funktion der Wärmetauscher angepaßten Umschaltfolge; dabei speist die Rückführ-Pumpe den jeweils gerade angeschlossenen Wärmetauscher bevorzugt mit fluidem Kältemittel im dampfförmigen Aggregatzustand.

Der Ausdruck "Pumpe" ist hier benutzt, um ein Bauteil zu beschreiben, das mit geringer Druckdifferenz arbeitet, das aber/von seinem Aufbau her wie ein Kompressor ausgebildet sein kann.

Die Umschalteinrichtungen sind vor allem dafür vorgesehen, sicherzustellen, daß die Wärmequelle nur mit demjenigen Wärmetauscher bzw. mit denjenigen Wärmetauschern des thermischen Kompressors zusammenwirkt, der bzw. die gerade mit fluidem Kältemittel gefüllt ist bzw. sind.

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Um die Funktion des Gerätes über eine breite Temperaturspanne der Wärmequelle sicherzustellen, ist zweckmäßigerweise ein thermostatisches Druckreduzierventil vorgesehen, das dafür ausgelegt ist, auch bei hohen Kondensationstemperaturen den niedrigen Druck (stromabwärts vom Verdampfer) auf einem im wesentlichen konstanten Wert zu halten.

Die Umschalteinrichtungen sind injallgemeinen derart vorgesehen, daß sie nach einem vorgegebenen und unveränderliehen Zeitablauf arbeiten. Diese Lösung weist den VorteLl auf, sehr einfach zu sein und störunanfällig zu arbeiten. Dagegen ist eine solche einfache Umschalteinrichtung bei Absorptionsgeräten nach dem Stande der Technik nicht einsetzbar, die zwei Siedekessel-Absorber mit Funktionsumschaltung aufweisen, nämlich aufgrund der bedeutenden Schwankungen der Zeit für den Druckanstieg in diesen Siedekessel-Absorbern .

Das erfindungsgemäße Heiz- oder Kühl-Gerät findet besonders bedeutende, wenn auch nicht ausschließliche, Einsatzmöglichkeiten zur Klimatisierung von Wohnräumen oder von gewerblichen Räumen, insbesondere in Ländern, die mediterranes oder Wüsten-Klima aufweisen. Die Wärmequelle kann dann durch einen Sonnenkollektor realisiert sein, die heißes Wasser liefert, dessen Temperatur in weiten Grenzen schwankt, dem 24-Stunden-Rhythmus folgend. Das Gerät arbeitet dann im wesentlichen als Kühleinrichtung, indem der Verdampfer mittels eines Luftstromes gekühlt wird, der in die zu klimatisierenden Räume eingeleitet wird. Gleichermaßen kann im allgemeinen ein Luftstrom angewandt werden, um die vom Kondensator gelieferten Kalorien abzuführen, wofür aber ebenso eine Flüssigkeit, etwa Wasser, eingesetzt werden kann. Der aufgeheizte Luftstrom und die abgekühlte Luft können in einem Geräteteil gesammelt wer-

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den, der mit Registern ausgestattet ist, mittels derer diese Luftströme miteinander vermengt werden können, um den in Betracht gezogenen Räumlichkeiten Luft mit einer Temperatur zuzuführen, die einen beliebigen Wert zwischen der Lufttemperatur am Ausgang des Verdampfers und derjenigen am Ausgang des Kondensators aufweist. Auf diese Weise wird die bekannte Unzulänglichkeit der Wärmepumpen vollständig überwunden, die darin liegt, daß sie schwierig mit veränderlicher Temperatur und Leistung betreibbar sind.

Um die Gleichförmigkeit der Funktion des erfindungsgemäßen Gerätes noch zu steigern, kann vorgesehen sein, unmittelbar hinter dem Kondensator eine Speicherflasche anzuordnen, die die Speisung des Hauptströmungskreises, also des Druckreduzierventiles und des diesem nachgeschalteten Verdampfers, auch während derjenigen Zeitintervalle von einigen Sekunden Länge fortsetzt, da die Wärmetauscher im Zuge des Umschaltvorganges vorübergehend abgeschaltet sind.

Um die erforderliche elektrische Leistung zum Speisen der Rückführ-Pumpe für das verdampfte fluidq&ältemittel so weit wie möglich zu verringern, ist ein möglichst vollständiger Druckausgleich zwischen der Ansaugseite dieser Pumpe und dem zu speisenden Druckgefäß (Wärmetauscher) vor Beginn des Füllvorganges durchzuführen. Hierfür kann der Druck, der in dem zu füllenden Druckgefäß (Wärmetauscher-Ballon) herrscht, auf den niedrigen Wert abgesenkt werden, der vor dem Verdampfer herrscht, ohne dadurch die Kühlwirkung des Verdampfers zu unterbrechen. Diese Druckabsenkung kann wie folgt erzielt werden: - Zunächst wird ein Magnetventil für das Füllen des Ballon geöffnet, während die Pumpe noch stillsteht (wofür Entleerungsleitungen benutzt werden könne, die durch herkömmliche Pumpen, auch durch volumetrische Pumpen, verlaufen) ;

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- daraufhin erfolgt die Entspannung einer kleinen Menge fluiden Kältungsmittels, das unter hohem Druck steht, in den Ballon hinein, und zwar über einen Hilfskreis, der ein zweites Druckreduzierventil aufweist.

Aus führungsbei spie1

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeberysich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung hinsichtlich der Anordder wesentlichen Teile des Gerätes und Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Darstellung des Ventilzustandes und des Pumpenbetriebes im Zuge der aufeinanderfolgenden Phasen eines Funktionszyklus des Gerätes nach Fig. 1.

Zur Vereinfachung sei angenommen, daß das erfindungsgemäße Gerät nach Fig. 1 als Raum-Klimagerät eingesetzt wird und daß die Wärme- und die Kältezufuhr zwischen einem fluiden Kältemittel und einem Stron/atmosphärischer Luft erfolgen; jedoch stellt dieser einfache Einsatzfall des erfindungsgemäßen Heiz- oder Kühl-Gerätes keine Beschränkung hinsichtlich seiner Funktion und Anwendungsmöglichkeiten dar.

Das Gerät kann im wesentlichen dadurch charakterisiert werden, daß es im Sinne der Strömungsrichtung des Kreislaufes des fluiden Kältemittels, bei dem es sich im allgemeinen um eines der herkömmlichen Strömungsmittel wie Difluormonochlormethan oder Difluordichlormethan handelt, folgende miteinander zusammenwirkende Aggregate aufweist: Wärmetauscher 10 zum thermischen Komprimieren des fluiden Kältemittels, einen Kondensator 12, eine Speicherflasche 11 geringen Volumens zum Ausgleich von Funktionsunregelmäßigkeiten beim Übergang von einer Phase

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auf eine andere eines Zyklus, ein thermostatisches Druckreduzierventil 13, das im allgemeinen einfach als Drosselstelle ausgebildet sein kann, ein Verdampfer 14, an dessen Ausgang der Thermostat-Fühlerkopf des Druckreduzierventiles 13 angeordnet ist, und eine volumetrische Pumpe 15, die das fluide Kältemittel an die Wärmetauscher 19 zurückführt. Die Wärmetauscher 10 weisen beim bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zwei untereinander gleiche Ballons 16a und 16b auf. Beispielsweise der Ballon 16a ist mit einem Magnetventil 17a ausgestattet, über das eine Strömungsverbindung mit der Rückleitung 19 hinter der Pumpe 15 hergestellt werden kann. Dieser Ballon 16a weist ferner ein weiteres Magnetventil 18a auf, über das eine Strömungsverbindung zum Kondensator 12 freigebbar ist. Wenn es sich beim Magnetventil 18a um ein solches handelt, das allein in der durch Überdruck gegebenen Richtung eine Unterbrechnung ermöglicht, wird es in Serie mit einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Rückschlagklappe angeordnet. In dem Ballon 16a sind eine Rohrschlange 19a für ein Strömungsmedium, das die Wärmequelle darstellt, und eine elektrische Zusatzheizung 20a in Form einer elektrischen Widerstandsheizung angeordnet. Wie noch gezeigt werden wird, dient diese elektrische Zusatzheizung 20a zum Erwärmen eines Strömungsmediums in Gasphase, und deshalb kann die Zusatzheizung 20a für kleine spezifische Leistung ausgelegt sein, beispielsweise für 2 W/cm². Für das Druckreduzierventil 13 ist ein solches zu wählen, das den Druck im Strömungsmedium auf einen vorbestimmten niedrigen Wert zurückführt, und zwar auch noch von dem höchsten Druck aus, zu dem die klimatischen Gegebenheiten im Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Heiz- oder Kühl-Gerätes führen können. Andererseits muß das Druckreduzierventil 13 im allgemeinen über einen thermostatischen Fühlerkopf angesteuert werden können, der stromab vom Verdampfer 14 angeordnet is.t.

Wenn die thermische Kompressionsenergie für das Strömungs-

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medium aus der Aufnahme von Sonnenenergie gewonnen wird, dann kann die Rohrschlange 19a in einen Strömungskreis eingeschaltet sein, der einen Sonnenkollektor 21 und eine Umwälzpumpe 22 aufweist, deren ausgangsseitige oder Druckleitung sich in zwei Leitungszüge verzweigt, von denen der eine die Rohrschlange 19a über ein Magnetventil 23a speist, während der andere eine Rohrschlange 19b über ein Magnetventil 23b im anderen Ballon 16b speist. Das Strömungsmedium zum Transportieren der Wärme vom Sonnenkollektor an die Rohrschlange 19a wird über eine Zweigleitung 24a und eine Rücklaufleitung 25 zum Sonnenkollektor 21 zurückgeführt. Die Rohrschlange 19a kann beispielsweise aus Kupfer bestehen, während der Ballon 16a aus Stahl gefertigt ist und als Druckbehälter auf den im Kreislauf auftretenden Maximaldruck, unter Berücksichtigung der erforderlichen Sicherheitszuschläge, ausgelegt ist.

Es ist zu berücksichtigen, daß bei den Sonnenkollektoren keine Vorkehrungen für hohe Temperaturen erforderlich sind, wenn auch überschüssige Energie zugeführt wird. In der Praxis reicht es für die Punktion des Gerätes aus, wenn die Eintrittstemperatur in die Rohrschlange 19a oberhalb 25⁰C liegt.

Das zweite Druckgefäß, der Ballon 16b, ist in gleicher Weise wie der Ballon 16a ausgestattet, so daß eine nähere Beschreibung sich hier erübrigt.

DerKondensator 12 kann in bei Kühl-Geräten herkömmlicher Weise aufgebaut sein, wenn nur sichergestellt ist, daß die Kondensation auch bei sehr hohen Eintrittstemperaturen stattfindet, was eine Vergrößerung der wirksamen Wärmetauscher-Oberflächen bedingt. Der Kondensator 12 kann beispielsweise aus einer Gruppe von Wärmetauschern bestehen, die in einem von einem Ventilator 26 hervorgerufenen Luftstrom angeordnet sind. Wenn das erfindungsgemäße Gerät dafür eingesetzt ist, Raumluft abzukühlen, dann bläst der Ventilator 26 im allgemeinen atmosphärische Außenluft in die Gruppe der Wärmetauscher

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des Kondensators 12 ein. Das Druckreduzierventil 13 und der Verdampfer 14 können ebenfalls in herkömmlicher Weise aufgebaut sein. Wenn das Gerät zum Auffrischen, also zum Kühlen der Luft eines Raumes eingesetzt ist, dann bläst ein weiterer Ventilator 27 die in den Raum einzuführende Luft durch das Wärmetauscher-Bündel des Verdampfers 14 hindurch.

Bei der volumetrischen Pumpe 15 kann es sich um eine herkömmliche Kolbenpumpe handeln. Sie arbeitet stets mit geringer Druckdifferenz. Sie braucht nämlich nur zum Überbrücken der barometrischen Höhe entsprechend dem Niveauunterschied zwischen dem Ausgang des Verdampfers 14 und dem Eingang der Wärmetauscher 10 ausgelegt zu sein, zuzüglich des geringen Restdruckes im nun aufzufüllenden Ballon 16.

Das Gerät weist ferner einen Hilfs-Strömungskreis auf, mittels dessen der in den Ballons 16 unmittelbar vor dem Füllen erreichte Druck begrenzt werden kann. Dieser Strömungskreis besteht im wesentlichen aus einer Leitung 28 mit einem zweiten Druckreduzierventil 29, das stromab der Speicherflasche 11, zwischen dieser und dem ersten Druckreduzierventil 13, an den Hauptströmungskreis angeschlossen ist. Die Leitung 28 teilt sich in zwei Zweige, die an die Ballons 16a bzw. 16b über Magnetventile 30a bzw. 30b angeschlossen sind.

Alle Teile des beschriebenen Gerätes können in fest vorgegebener zeitlicher Folge angesteuert werden, beispielsweise über Nockenräder, die Steuerschalter für die Magnetventile 17, 23, 30 und für die Pumpen 15, 22 betätigen und in einem Taktgeber 32 enthalten sind.

Ein Beispiel für eine solche Steuerungs-oder Funktionsfolge ist schematisiert vereinfacht in Fig. 2 dargestellt. Ein vollständiger Funktionszyklus T entspricht einer vollen oder einer halben Umdrehung eines mit konstanter Geschwin-

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digkeit angetriebenen Nocken-Schaltrades. Unter den verschiedenen Linien zeigen die dick ausgezogenen horizontalen Linien die aktiven Perioden derjenigen Teile (also das Einschalteryvon Pumpen oder das öffnen von Elektroventilen) an, deren Bezugsziffern aus Fig. 1 links neben diesen balkenförmigen Linien angegeben sind.

Der Funktionszyklus T ist in Fig. 2 in verschiedene Abschnitte unterteilt, die folgende Bedeutung haben:

1. Es sei davon ausgegangen, daß ein Funktionszyklus T beginnt, wenn das Magnetventil 23a und die Umwälzpumpe 22 gerade angesteuert sind. Dadurch erfolgt ein Aufheizen des Ballon 16a. Die Pumpe 15 befindet sich noch im Stillstand. Das Magnetventil 30b ist geöffnet, und es erfolgt eine Übergabe einer geringen Menge fluiden Kältemittels in den&allon 16b, wo es verdampft und den Druck auf einen Wert führt, der nahe bei dem liegt, der stromauf der Pumpe 15 herrscht. Die Magnetventile 17a, 18a, 18b, 23b und 30a sind geschlossen, während das Magnetventil 17b geöffnet ist.

Während dieser ersten Phase des Funktionszyklus T, deren Dauer einige Sekunden betragervkann, genügt die Wirkung der Speicherflasche 11, um eine Einspeisung von fluidem Kältemittel in den Hauptstormungskreislauf über das Druckreduzierventil 13 und den Verdampfer zu bewirken. Das in seiner Gasphase unter hohem Druck stehende Strömungsmedium kondensiert im Kondensator Der Flüssigkeitsdruck wird mittels des Druckreduzierventiles 13 so weit herabgesetzt, daß im Verdampfer wieder gasförmiger Aggregatzustand erzielt wird.

2. Mit Ende der ersten Phase des Funktionszyklus T schließt das Magnetventil 30a. Das Magnetventil 18a wird geöffnet, damit aus dem Ballon 16a der unter Druck steht, fluides Kältemittel in den Strömungskreislauf eingespeist werden kann. Der Ballon 16a

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wird unter Druck gehalten, nämlich infolge der ständigen Erwärmung aufgrund des Kreislaufes des Strömungsmedxums, das vom Sonnenkollektor 21 über das Magnetventil 23a in die Rohrschlange 19a eingespeist wird. Das Magnetventil 30b wird am Ende der ersten Phase geschlossen und die Pumpe 15 eingeschaltet, um den Ballon 16b über das nun geöffnete Magnetventil 17b mit fluidem Kältemittel zu speisen, das den Verdampfer 14 in der Dampfphase verläßt.

3.Am Ende der zweiten Phase wird das Magnetventil 23a geschlossen und die Umwälzpumpe 22 abgeschaltet, so daß das Aufheizen des Ballon 16a beendet wird. Aber der in diesem Ballon 16a erzielte Druck reicht aus, um hieraus den Hauptströmungskreis mit fluidem Kältemittel zu speisen, das dann mittels der Pumpe 15 in den Ballon 16b überführt wird.

4. Die vierte Phase des Funktionszyklus T beginnt, wenn der Ballon 16b mit fluidem Kältemittel im gasförmigen Aggregatzustand gefüllt und das Entleeren des Ballon 16a beendet, sein Innendruck also abgesunken ist. Während der vierten Phase sind sämtliche Magnetventile geschlossen, mit Ausnahme des Magnetventiles 17a, und die Pumpen 15, sind außer Betrieb. Die Drucke beginnen, sich über die Pumpe 15 auszugleichen. Die Speicherflasche 11 speist einige Sekunden lang den Kondensator 12.

5. Die fünfte Phase kann als symmetrisch in Bezug auf die Phase 1 betrachtet werden: Sie beginnt mit dem Aufheizen des Ballon 16b mittels des Strömungskreislaufes über den Sonnenkollektor 21, das geöffnete Magnetventil 23b und die wieder in Betrieb gesetzte Umwälzpumpe 22. Das öffnen des Magnetventils 30a erlaubt einen Druckausgleich über die Pumpe 15.

6. Die sechste Phase ist dementsprechend symmetrisch in Bezug auf die zweite Phase, nämlich mit nun gegeneinander

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ausgetauschter Rolle der Ballons 16a und 16b.

7./8. Zum Abschluß des Funktionszyklus T schließen sich die siebte und die achte Phase an, die der dritten bzw. der vierten Phase entsprechen.

Wie schon erwähnt, können die Magnetventile und die Pumpen über Schalter angesteuert werden, deren sukessives öffnen und Schließen durch zugeordnete Nocken-Schalträder auf einer gemeinsamen motorgetriebenen Welle gesteuert wird. Jede dieser Nocken ist dafür derart geformt, daß die Öffnungs- und Schließperioden während eines Funktionszyklus T den oben beschriebenen und in Fig. 2 dargestellten acht Phasen entsprechen.

Ein funktionstüchtiges Gerät nach der vorliegenden Erfindung, das in Wüsten- oder Sahara-Klima arbeiten und 15.000 kF/h liefern soll, arbeitet mit einer Energiequelle, die durch die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Wassers bei 25⁰C und 100⁰C am Ausgang des Sonnenkollektors 21 gegeben ist.

Das fluide Kältemittel ist durch CHF₂Cl gegeben, dessen Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck in der Gegend von -41⁰C liegt. Dieses Beispielsgerät ist dafür ausgelegt, mit einem hohen Druck vor dem Druckreduzierventil 13 zwischen 15 bar und 17bar zu arbeiten. Das Druckreduzierventil 13, bei dem es sich um einen handelsüblichen Typ, beispielsweise DANFOSS, handelt, ist dafür ausgelegt, einen niedrigen Druck in der Größenordnung von 5 bar im Verdampfer 14 zu gewährleisten. Die einzelnen Bauteile dieses Gerätes sind herkömmlicher Art. Die beiden Druckgefäße in Form der Ballons 16a und 16b (eine Vergrößerung ihrer Anzahl würde nicht zu einer spürbaren Verbesserung der Regelmäßigkeit der Arbeitsweise des Gerätes führen) bestehen aus Stahl, ebenso wie die Speicherflasche 11, der Rauminhalt entspricht einigen Litern Fassungsvermögen. Der Verdampfer 14 ist handelsüblicher Art, beispielsweise vom Typ FRIGA oder ECO, ebenso wie der Konden-

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sator 12. Die volumetrische Pumpe 15 weist eine Leistung von 1 kW auf und arbeitet bei einer Druckdifferenz unterhalb 0,5 bar. Die Dauer des FunktionsZyklus T beträgt einige Minuten. Es ist zu beachten, daß bei herkömmlichen mechanischen Kompressoren nur eine Kälteleistung in der Größenordnung von 2800 kF/h mit etwa 1 kW mechanischer Leistung erreicht wird.

Der Taktgeber 32, also die zentrale Steuereinheit, enthält beispielsweise Umschaltnocken, deren Antriebsmotor und die Steuerung für den Druckbegrenzungskreis. Er kann ferner ein Steuerorgan aufweisen, das im Falle vorübergehenden Ausfalles der Energiequelle (was im Beispiel der Anwendung eines Sonnenkollektors 21 einige Stunden lang in der Nacht der Fall ist) in entsprechendem Zyklus die elektrischen Widerstands-Zusatzheizungen 20a, 20b einschaltet.

Die Erfindung beschränkt sich ersichtlich nicht auf das dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wurde. Sie ist unter Anwendung beliebiger thermischer Energiequellen (die insbesondere auch geothermischer Natur sein können oder durch industrielle oder Kraftwerks-Abwärme gegeben sein können) anwendbar, und sie erstreckt sich auch auf beliebige Arbeitsweise einer Kühleinrichtung und einer Wärmepumpe. Das Gerät kann durch Einbau eines Raumthermostaten vervollständigt werden, der bei Erreichen der gewünschten Temperatur alle Steuerleitungen mit der Ausnahme derjenigen für die Ventilatoren 26 und 27 unterbricht. Für den Verdampfer 14 kann ein Naßverdampfer eingesetzt werden, so daß eine Pumpe 15 für flüssigen Aggregatzustand benutzt werden kann. Die Erfindung beschränkt sich also nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele, sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

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Claims

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DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-8500 NÜRNBERG ESSENWEINSTRASSE 4-6 TELEFON 09 11 / 2037 27 TELEX 04 / 23135

Nürnberg, 24. 04. 1978 120/62

Roger Bernard, Rue des Treytins - Lotissement Beverley

"Heiz- oder Kühl-Gerät"

Ansprüche

(Tl Heiz- oder Kühl-Gerät mit Rankine-Kreisprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Hauptströmungskreis für ein fluides Kältemittel aufweist, in dem in Strömungsrichtung nacheinander ein mit einer Wärmequelle zusammenwxrkender Wärmetauscher (10) als Kompressor für das fluide Kältemittel, ein Wärmetauscher als Kondensator (12) für das fluide Kältemittel, ein Druckreduzierventil (13), ein Wärmetauscher, der bevorzugt mit einem zu kühlenden Luftstrom zusammenwirkt, als Verdampfer (14) und eine Rückführ-Pumpe (15) zum Speisen des Kompressors mit dem fluiden Kältemittel liegt, wobei der Kompressor aus wenigstens zwei Wärmetauschern für Wärmetausch zwischen dem fluiden Kältemittel und der Wärmequelle gebildet ist und Umschalteinrichtungen vorgesehen sind, um den Kondensator (12) abwechselnd aus den beiden Wärmetauschern (10) zu speisen und gleichzeitig von der Pumpe denjenigen der Wärmetauscher (10) zu speisen, der gerade nicht den Kondensator (12) speist, mit einer der abwechselnden Funktion der Wärmetauscher (10) angepaßten Umschaltfolge.

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2. Heiz- oder Kühl-Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtungen für eine Wärmetauscher-Wirkverbindung zwischen der Wärmequelle und allein demjenigen der Wärmetauscher (10) ausgelegt sind, der den Kondensator (12) speist oder speisen soll.
3. Heiz- oder Kühl-Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle als ein Kreislauf für ein sekundäres Strömungsmedium mit einem Sonnenkollektor (21) oder einem Kollektor für Industrieabwärme ausgebildet ist.
4. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator

(12) als Wärmetauscher zwischen dem fluiden Kältemittel und einem Strom atmosphärischer Luft ausgebildet ist.
5. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Kondensator (12) ein Druckbegrenzungskreis angeschlossen ist, der ein Druckreduzierventil (29) und Magnetventile (30a, 30b) zum Anschluß an denjenigen der Wärmetauscher (10) aufweist, der momentan niedrigen Druck aufweist.
6. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im Anschluß an den Kondensator (12) eine Speicherflasche (11) aufweist.

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7. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher

(10) mit einer Zusatzheizung (20a, 20b) ausgestattet sind, die etwa als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist.
8. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine volumetrische Pumpe (15) geringer Druckdifferenz vorgesehen ist.
9. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtungen Magnetventile (17a/b, 18a/b, 23a/b)im Hauptströmungskreis vor und hinter den Wärmetauschern (10) und ggf. im Zuge des Anschlusses der Wärmequelle an die Wärmetauscher (10) aufweisen.
1 0 .■ Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtungen eine Folgesteuerung vorgebbarer Zeitabhängigkeit aufweisen.
11. Heiz- oder Kühl-Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12) und der Verdampfer (14) als Luftströmungs-Wärmetauscher eingesetzt sind und Mischeinrichtungen zur Zufuhr von Luft mit vorgegebener Temperatur zwischen derjenigen im Kondensator (12) und derjenigen im Verdampfer (14) vorhanden sind.

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12. Heiz- oder Kühl-Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Wärmetauscher (10) aufweist, die als mit Rohrschlangen (19a, 19b) ausgestattete Ballons (16a, 16b) ausgebildet sind, durch die ein Sekundär-Strömungsmedium fließt, das die Wärmequelle darstellt, wobei die Umschalteinrichtungen auf folgenden Funktionszyklus (T; Fig. 2) eingerichtet sind:

- Anschließen des Ausganges der stillstehenden Pumpe an einen ersten Ballon (16a) während der zweite

^q Ballon (16b) abgetrennt ist, um für teil-weisen

■Druckausgleich im Hauptströmungskreis beiderseits der Pumpe (15) zu sorgen;

- vorübergehendes öffnen eines Druckminderungs-Hilfskreises zwischen einem Anschluß an den Hauptströmungskreis stromabwärts vom Kondensator (12) und

den Ballons (16a bzw. 16b) zur weiteren Druckabsenkung im ersten Ballon (16a), der an die Pumpe (15) angeschlossen ist;

- Einschalten der Pumpe (15) zum Speisen des ersten Ballon (16a) und gleichzeitiges Öffnen eines

Magnetventiles (18b) zum Speisen des Kondensators (12) aus dem zweiten Ballon (16b).

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